转向系统机械部分结构及工作条件分析

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1、转向系统机械部分结构及工作条件分析汽车在行驶过程中，经常需要改变行驶的方向，称为转向。轮式汽车行驶是通过转向轮（一般是前轮）相对于汽车纵向轴线偏转一定的角度来实现的。驾驶操纵用来改变或回复汽车行驶方向的专用机构称为汽车转向系统。汽车转向系统根据转向能源的不同可分为机械转向系统和动力转向系统两大类。机械转向系统是以人的体力为转向能源的，其中所有的传力件都是机械的,它主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三部分组成。汽车转向器作为汽车转向系统的重要零部件，其性能的好坏直接影响到汽车行驶的安全性和可靠性。动力转向系统是在机械转向系统的基础上曾设了一套转向加力装置所构成的转

2、向系，它兼用驾驶员的体力和发动机动力作为转向能源。在正常情况下，汽车转向所需的大部分力通过转向加力装置提供，只有小部分由驾驶员提供。同时在动力转向失效时，驾驶员仍能通过机械转向系统实现汽车的转向操纵。汽车转向系统一直存在着轻与灵的矛盾。为缓和这一矛盾，过去人们常将转向器设计成可变速比，在方向盘小转角时以灵为主，在方向盘大转角时以轻为主。但灵的范围只在方向盘中间位置附近，仅对高速行驶有意义，并且传动比不能随车速变化，所以这种方法不能根本解决这一矛盾。随着电子技术的发展，电子控制式机械一液压动力转向系统应运而牛，该系统在某些性能方面优于传统的液压动力转向系统，但仍然无法根

3、除液压动力转向系统的固有缺憾。此外，传统液压动力转向系统在选定参数完成设计之后，转向系统的性能就确定了，不能再对其进行调节和控制。因此传统的液压动力转向系统协调转向力与操纵路感关系困难。低速转向力小时，高速行驶时转向力往往过轻，路感差，甚至感觉发飘，从而影响操纵稳定性；而按高速性能要求设计转向系统时，低速时转向力往往过大。电动助力转向系统（ElectricPowerSteeringSystem,谕称EPS）,是继液压动力转向系统后产生的一•种动力转向系统。电动助力转向系统由电动机提供助力，助力大小由电控单元（ECU）实时调节与控制，可以较好的解决上述液压动力转向系统所

4、不能解决的矛盾。目前，电动助力转向系统有代替液压动力转向系统的趋势。1、转向系统结构转向直拉杆的作用是将转向摇臂传来的力和运动传给转向梯形臂（或转向节臂）。它所受的力既有拉力，也有压力，因此直拉杆都是采用优质特种钢材制造的，以保证工作可靠。直拉杆的典型结构如图所示。在转向偏转或因悬架弹性变形而向相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，上述三者间的连接都采用球销。3左转向横拉杆4乂转向横拉杆5左梯形臂6右梯形臂10齿轮齿条式转向器2、工作条件电动助力转向系统的基本组成包括扭距传感器、车速传感器、控制单元(ECU)、电动

5、机、减速机构和离合器等，如图2-1所示。图2・1电动助力转向系统结构示意图Figure2-1StructuresketchofEPS在EPS系统中，传感器主要应用了扭距传感器、转速传感器、速度传感器。扭距传感器时刻检测转向盘的运动状况，将驾驶员转动转向盘的方向、角度、信息传送给控制单元作输入信号。转速传感器用于测量转向盘的旋转速度，速度传感器测量车辆的行驶速度，两者的测量结果同样送到控制单元作为输入。控制单元是EPS系统的核心部分，也是EPS系统研究的重点。目前普遍将控制单元设计为数字化，一般以一个八位或十六位微处理器为核心，外围集成A/D电路、输入信号接口电路、报警

6、电路、电源。要求具有简单计算、查表、故障诊断处理、储存、报警、驱动等功能。电动机的功能是根据控制单元的指令输岀适宜的辅助扭矩，是EPS的动力源。电动机对EPS的性能有很大的影响，是EPS的关键部件之一，所以EPS对电动机很重要。不仅要求低转速大扭矩、波动小、转动惯量小、尺寸小、质量轻，而且要求可靠性高、易控制。在现有设计中电动机主要采用直流电动机和无刷永磁式电动机，驱动电路根据采用的电动机和控制策略不同而不同。EPS的减速机构与电动机相连，起减速增扭作用。常采用涡轮蜗杆机构，也有采用行星齿轮机构。EPS的离合器，装在减速机构的一侧，是为了保证EPS只有在预先设定的车速

7、行驶范围内起作用。当车速达到某一值吋，离合器分离，电动机停止工作，转向系统转为手动转向。另外，当电动机发生故障时离合器将自动分离。由图2-1可见，电动助力转向系统是在传统机械转向机构基础上增加信号传感装置、控制单元和转向助力机构。EPS的转向轴由靠扭杆相连的输入轴和输出轴组成。输出轴通过传动机构带动转向拉杆使车轮转向，输出轴除通过扭杆与输入轴相连外，还经行星齿轮减速机构一离合器与主力电动机相连。驾驶者在操纵转向盘时，给输入轴输入了一个角位移，输入轴和输岀轴之间的相对角位移使扭杆受扭，扭距传感器将扭杆所受到的扭矩转化为电压信号输入电控单元；与此同时，车